Estimación de la Fuerza de Contacto para el Control de Robots Manipuladores con Movimientos Restringidos

Abstract

[ES] En aquellas operaciones robóticas en las que un robot manipulador interactúa con su entorno resulta de extremada importancia poder controlar la fuerza que aquél ejerce sobre este. Con este objetivo, se suele colocar habitualmente un sensor de fuerza en la muñeca del manipulador, cerrando de esta forma el lazo de control. En lo que se refiere a estos sensores, uno de los principales problemas que plantean es que sus medidas están influenciadas no sólo por las fuerzas de contacto, sino también por las fuerzas relacionadas con la dinámica de la herramienta del manipulador, es decir, las fuerzas de inercia. En este artículo se presenta un nuevo estimador de la fuerza de contacto consistente en la integración de la información de sensores de fuerza, posición y aceleración. Además, se describe un procedimiento de calibración automático ‘plug -and- play’ para la identificación y ajuste de los parámetros de este observador. Tanto el observador de la fuerza de contacto como el procedimiento de calibración automático han sido verificados experimentalmente en un robot industrial ABB con arquitectura software abierta.

[EN] It is well known that for a robotic manipulator without sensors on the end-effector, the end-effector has to follow a path in its workspace without regard to any feedback other than its joints shaft encoder or resolvers. This fact imposes severe limitations on certain tasks where an interaction between the robot and the environment is needed. However, with the help of sensors, a robot can exhibit an ”adaptive behavior”, the robot being able to deal flexibly with changes in its environment and to execute complicated skilled tasks. In this paper, we firstly propose a new control strategy based on multisensor fusion with three different sensors—that is, encoders mounted at each joint of the robot with six degrees of freedom, a wrist force sensor and an accelerometer—whose goal is to obtain a suitable contact force estimator for the three Cartesian axes. Secondly, the corresponding self-calibration method developed for the commented contact force observer is also proposed. This procedure aims at offering a ‘plug-and-play’ solution for the integration of different kind of accelerometers with the final goal of obtaining an observer capable of estimating the contact force exerted by an industrial robotic manipulator. To validate both the behaviour of the contact force observer and the performance of the self-calibrating procedure, different experiments were carried out on an ABB industrial robot with open control system architecture.